预应力混凝土夹层板楼盖结构的新技术及其社会经济效益.pdf

维普资讯 2 0 0 7 年 3月 第 4卷 第 1 期 深圳土木与建筑 V O L ． 4 N o ． 1 M 』 2 0 0 7 图3复合 预应力混 淀-土倒扁梁夹层板楼盖纵剖 面图 ② 板的中间夹芯层宜采用预制的 “ 结构用轻质 材料， ， [ 1 ] 和严格 的构造措施[ 1 2 ] ’ [ 1 3 l ，其容重为 3 5 0 "- - " 4 0 0 k g ／ m 。，相对于实心平板，夹层板本身的结构 自 重可减轻 6 0％左右[ 4 l 。 ③同传统的梁板结构相比，在相同净高时， 可降低层高；一般每八到十层的建筑高度，可多盖 一 个楼层，而造价不变[ 6 ] ⋯] 。 ④ 楼板的夹芯层具有较好的楼层隔音、屋顶与 地板隔热保温 、室 内安全防火和环保功 能。 ⑤ 结构的外形可做成相似于无梁楼盖 ( 结构仍 是框架秉暗扁梁框架) ，故便于灵活设置或更改轻 质隔断墙的位 置 。注 意：要事先预埋铁件 。 4、工程实例 预应力混凝土夹层板可在各种体系的楼盖结构工 程中应用， 并带来显著的经济效益和社会效益。下面 介绍夹层板在几种楼盖结构体系中的应用实例：① 框架核心筒倒扁梁楼盖； ②框架剪力墙暗扁梁和暗密 肋楼盖；③框架暗肋大空间楼盖； ④交叉梁大空间楼 盖； ⑤框架核心筒高层建筑结构的楼盖；⑥预应力装 配整体式楼盖。 4 ． 1 预应力框架核心筒倒扁梁夹层板楼盖 京 都 9 号商住 楼 ( 现名 “ 华尊 大厦 ” )采 用 的复合预应力混凝土倒扁梁夹层板楼盖纵剖面图与室 内外照片见 图 3和 4。 华尊大厦位于北京市北三环中路马甸立交桥东北 角，建筑面积 4万 m 2 ，地下 4层，地上 1 9层 ，标 准层高2 ． 8 5 m( 净高2 ． 6 0 m ) ，大柱网8 ． 7 m7 ． 5 m ；其 ( a)室外照片 ( 6 )室内标准层的夹层板刚拆卸模板 图4 华尊大厦 ( 京都 9号商住楼，柱网8 ． 7 m5 m) 夹层板楼盖新技术 。夹层板的下层厚 8 0 m m 、上层厚 3 0 m m 、夹层厚 1 4 0 m m ，共2 5 0 m m 厚；1 9 9 8 年设计，1 9 9 9 年施工，2 0 0 0 年交付使用。 效 益 ： 在 建 筑 高度 和 抗 震 限 定 的条 件 下 ， 净空高度和使用荷载不变，多盖了两个楼层，改善 了隔音保温和灵活隔墙布置 ，未增加造价 。 4 ． 2框架剪力墙预应 力暗扁梁和暗密肋夹层板楼盖 中国藏学研究中心留学生楼采用了框架剪力墙预 应力暗扁梁和暗密肋夹层板楼盖，其剖面示意图和 室内外照片见 图 5和 6。以后 ，该工程使用功能有 可能变动；故梁板的底面一律平得像板柱结构，看 不见梁 ，以便用户在使用期 间有可能作任意 的轻质 隔断墙 的变 动 。 中国藏学研究中心留学生楼位于北京市北四环中 路北面，建筑面积 0 ． 5 5万 i n z 。该结构柱网的最大值 是 7 ． 8 m 7 ． 2 m( 暗肋的网格 1 ． 5 m 1 ． 5 m) 。1 2层 楼 板和地 下室顶板 都采用 了预应 力混凝土夹层板 。 楼板和暗梁厚度一律 2 2 0 m m 。首层和顶层楼板的暗梁 厚度均为 2 2 O m m，楼板 的夹芯层厚 1 O O m m ，上下面 层板的混凝土厚 6 0 m m。标准层楼板和暗梁厚度也均 为 2 2 O m m，夹芯层厚 1 6 0 ，上下面层板的混凝土厚 中3 层以上 的标准层 2 ． 5 m 2 首次采用预应力混凝土 3 0 舢 。 该工程 1 9 9 9年设计，2 0 0 0年施工，2 0 0 1 年 增 强 憎水 膨 胀 珍 珠 岩预 制 块 ，厚 6 0 ~ 2 2 0 5 50 缓 冷 轧 话 肋 钢 筋 点焊 同 片 3 5 ~ 4 0 厚 钢 筋 嘲嘱 凝 土 板 ，钢 筋 嘲 片 屠 中 桂 上 扁鬃 -． 严 一。 ／ ／ ／ l — _／ l 譬 蘧j 斗 ：划 ， ≯ 爨 II ．o口 ⋯ 0 z —垫苎_／ ／ f f 柱子 l f 预 应 力 箭 I 图5暗扁梁和暗密肋夹层板楼盖剖面图 4 3 维普资讯 2 0 0 7 年3 月第4 卷 第1 期 深圳土木与建筑 y o L ． 4 N o ． 1 姒R 2 0 0 7 ( 室外照片 ( ( 室内首层门厅拆模后的情景) 图6 藏学研究中， 留学生楼 ( 柱网7 ． 8 m7 2 m ) 交付使用。 效益：该工程在层高和抗震限定的条件下，节 省造 价 ，楼 层 隔音 、屋面 隔热 ，多功 能使 用 。 4 ． 3预应力混凝土交叉梁夹层板大空间楼盖 北京军区总医院门诊楼多功能厅平面尺寸1 8 m 2 1 m ，预应力交叉梁高8 0 0 m m ，间距 3 m ，楼板总厚 度 2 2 0 m m，夹芯层厚 1 5 0 m m ，其中上下层混凝土板 厚 3 5 ra m ，施工方法采用预留后张预应力施工缝[ s J该 楼板位于第六层，是多功能大厅 ，其楼板底面到一 层 门诊大厅 的顶面之间设计为采光空间；这样就造 成多功能大厅楼板的板底下面是外露的状态 [ 见图 7 ( a)和 ( b)照片] 。建筑 热工要求地面保温 ，经 建筑、结构和用户协商后，采用揲胁惆锁专利技 术 做楼 板 。 效益：这样既解决了地板保温问题，又减轻大 楼板 自重，免去地板下的吊顶，降低 了造价 ，可谓 一 举 多 得 。 4 ． 4预应力混凝土框架暗肋夹层板大空间楼盖 图 8是国家林业局招待所工程拆模后 的内景 。 该工程位于北京市和平西街东面 ，2 0 0 3年竣工；各 层大厅和房间的层高一律 3 ． 6 m ，其中 1 ～4 层大厅的 平面尺寸为 1 2 m x 1 8 m ( 板和暗梁厚 4 0 0 m m) ，第 5 层的大厅为 1 8 m x 1 8 ． 3 m( 板和暗梁厚 5 0 0 m m ) ，其 余为小房间。建筑使用功能要求大房间的净空高度 大于小房间的净空高度，而大房间内不能有柱子。 常规的结构只有实心平板才能做到。但是，这样大 的跨度，实心板结构自重太大，造价也很高。采用 双向预应力混凝土暗肋梁夹层板厚度 5 0 0 m m ( 其上、 下层板厚各 4 0 m m ，夹芯层厚 4 2 0 m m ，合计： 5 0 0 m m ) 解决了该疑难问题，而且各层都 “ 一举两得”寨既 解决了净高问题，又解决了1 ～4 层大厅地板的隔音 和 五层屋顶保温 。 效益：解决了楼房大厅不设柱子，又使楼层隔 音和屋顶保温层与结构层合二为一，还节省 了投 资 。 44 一 ( a )门诊楼立面 ( 6 )楼板交叉梁的板底外露状态 ( 平面尺寸 1 8 m X 2 1 m ，交叉梁宽 2 5 0 X 8 0 0 m m，间距 3 m X 3 m) 图7北京军区总医院门诊楼立面和多功能厅楼板底面局部照片 图 8 国家林业局招待所工程刚拆模后的内景 ( 室内大空间． 跨度 1 8 m1 8 3 m ) 4 ． 5预应力框架核心筒夹层板高层建筑结构的楼盖 颐德家园是高层建筑，位于北京市三元桥东 边，地 下 2层 ，地上 2 8层 ，共 3 0层，全部用夹 层板，其立面透视图和室外施工状态见图 9( a )和 ( b) ，室 内标准层 的夹层板和扁梁混凝土结构刚拆 模后的内景见图 1 0 。颐德家园 A座住宅楼的建筑面 积 4万 m ，柱网 1 0 ． 8 m9 ． 0 5 m ，建筑高度 8 9 ． 8 4 m ， 标准层高 2 ． 9 5 m ，楼板的厚度 2 4 0 m m ( 其 中上下混 凝土面层板厚均为 4 0 m m，夹芯层厚 1 6 0 m m) ，框架 梁截面为 5 0 0 m m5 0 0 m m 。 常规建筑相同高度的楼房 只能建2 7 晨 采用预应力夹层板后， 多盖了3 个楼层。 工期是2 0 0 4 年4 月底开工，1 2 月初主体结构封项，北 京气候平均每月完成4 个楼层，夏季最快时每月完成 7个楼层 ，工期同普通混凝土实心梁板一样。 效益 ：该工程在层高和抗震限定 的条件下，节 省投资 3 6 0 0万元，楼层隔音 、屋面隔热 ，多功能 使 用 。 4 ． 6预应 力装配整体式楼盖 预应力夹层板在工厂批量生产 ，符合产业化生 产 的要求，产 品质量能得到有效保证 。施工期间预 应力夹层板是自承重式，无须架设临时支承，因而 减少 了模板及支撑 的费用，施工速度快，缩短 了工 期 ，现场混凝土浇灌量也大大减少[ 。 ][ o - 。采用先张 法预应力技术，夹层板抗裂性 能好 、承载 能力高。 此外对大跨度板在板缝 中还可设置无粘接预应力钢 筋，提高楼盖结构的整体性和抗裂性。同梁板结构 相比，在相同的净空高度时，可有效地降低结构层 高；便于灵活设置或更改轻质隔断墙。预制装配整 体式夹层板产品设计了一系列的跨度和规格，板宽 维普资讯 2 0 0 7 年 3月 第 4 卷 第 1 期 深圳土木与建筑 V O L ． 4 N o ． 1 M A R 2 0 0 7 ( 6 ) 室外施工图 图9 颐德家园 A 座高层建筑住宅楼 ( 柱网 1 0 ． 8 m9 ． 0 5 m ) 图 1 0颐德家园A 座高层建筑住宅楼室内夹层板 刚拆模后的内景 ( 跨度 1 0 ． 8 m9 ． 0 5 m ) 度分两种，1 ． 8 m和 1 ． 5 m如图 1 1 ，以 1 ． 8 m宽的为 主 ，1 ． 5 m宽的配套使用 ( 因 1 ． 8 m宽的较 经济 ) 。 跨度分 6种 ：6 m、6 ． 6 m、7 ． 2 m、7 ． 8 m、8 ． 4 m、 9 m 。跨度 6 m 、6 ． 6 m板厚 1 3 0 m m ，跨度 7 ． 2 m 、7 ． 8 m 板厚 1 6 0 m m ，跨度 8 ． 4 m 、9 m板厚 1 9 0 m m ，叠合层均 为5 0 m m 。其它尺寸的板可套用相近标准尺寸板的配 筋 。 八仙别墅拉斐特城堡东西配楼工程 ， 5 5 0 0 m 2每 幢， 见图1 2 ， 结构形式为钢筋混凝土框架结构。框架 梁为预应力混凝土， 楼板采用装配整体式预制预应力 夹层板结构，板跨度为 4 ． 0 m和 6 ． 0 m二种 。板名义尺 寸分别为：1 4 0 04 0 0 0和1 4 0 06 0 0 0 ，厚度均 为 1 3 0 m m 。板跨度 4 ． 0 m的叠合层为 4 0 m m ，板跨度 6 ． 0 m的叠合层为 5 0 m m 。 效益：减轻了首层和二层楼盖大跨度框架楼板 结构层 的 自重 ，保持楼层在 同一水平面上使用时， 图 1 1 预应力夹层板 图 1 2八仙别墅拉斐特城堡结构工程 ( 东西配楼用了预制夹层板楼盖) 用户需要的净空高度 ，节省 了投资和造价 。 5、设计计算模型 初步设计时，可将夹层板视为网格梁 ，按单位 宽度上 的等代抗弯刚度 ≈ ／a差价 。用结构 静力计算手册进行估算 。截面特征 用毛截面惯性 矩。工字形截面的翼缘宽度，宜取板中暗肋的净距 口。预应力筋的初步设计可用荷载平衡法估算出预 应力筋用量。出施工图时，再用电算软件 ( 如 S A T W E — P R E C等)详细计算[ 7 l 。结构工程师可根据用户和 建筑师对使用功能的要求， 选择专利技术中夹芯层的 不同性能与构造[ 1 3 J ，确定合理的计算模型。若需要 较详细的说明和计算方法，见文献 [ 7 ]～ [ 1 0 ] 和 [ 1 3 ] 。 6、构造和夹芯层的材料特点 ① 夹层板跨高比可用到1 ／ h ≤4 0 。夹层板内可 设暗密肋 [ 8 ] ( 或剪力墩与折算暗肋 ) 。当采用双 向 预应力暗密肋时，常用净间距 1 ． 2 m ~2 m ，上、下层板 厚可用3 5 ~4 0 m m 。 当采用预制的结构用轻质材料做夹 芯层时，要求执行专利技术产品的质量标准[ ] 和严格 的构造措施 [ ，注 明在结构设计施工 图中。 ② 夹层板的板面和板底可采用 5 5 0 级 R 5 @ 2 0 0 2 0 0或 R 4 @ 1 5 0 1 5 0的点焊网片 ，上下层之间 加拉钩 间距 @ 5 0 0 5 0 0。 ③夹层板 的夹芯层应采用 I 类专利技术产品 ： “ 结构用增强憎水膨胀珍珠岩芯板 ” [ ] 、 [ ] 。规格用 当地的定型尺寸。例如北京市用 5 0 05 0 0h 和 5 0 0 7 0 0h ( h = 8 0 ~2 0 0 m m ) 。夹芯层的主要功能与 构造， 应由 册建筑和结构设计工程师与发明人共同 在施工 图上确定 。注意： ( 1 ) 当夹芯层用作结构受力 的组成部分为主要 用 途 ，同时又兼用 作隔音 隔热层和模 板或填充料 时， 应按专利技术的第 1 类或第 1 I 类夹层板的构造要 求处理， 并严格按专利技术的材料性能要求选择夹芯 层的材料 ，可参考文献[ 4 ] ～[ 1 2 ] 和[ 1 3 3 ； ( 2 ) 当夹芯层仅用作模板、填充料或隔音隔 热层 时，即第1 I I 类夹层板，可参考文献 [ 1 ] ～[ 1 4 ] 。 4 5 ●● r ，● ●l ●● ● t ●● {l} }l 度 跨 维普资讯 2 0 0 7 年 3月 第4卷 第 1 期 深圳土木与建筑 V O L ． 4 N o ． 1 M A R 2 0 0 7 7、施 工特 点 ①预应力夹层板的上下面层应采用 “ 二次浇 灌，一次成型”工艺，见图 l 3 施工过程的照片和国家 级工法 Y J G F 3 5 — 2 0 0 0 ；混凝土宜采用补偿收缩混凝 土，掺缓凝剂。 ② 现浇预应力混凝土夹层板的工期同普通混凝 土一样；铺砌预制 的夹芯层板简便 ，其施工有专利技 术操 作方法 ，工 艺成 熟，详见文献 [3]、 [ 8]和 [ 1 3 ]。 ( a ) 先浇灌夹层板底层混凝土 ( 盖板面网片 ( 后浇灌夹芯层板面混凝土 图 1 3 现浇夹层板的施工步骤 ( ‘ ‘ 二次浇灌，一次成型”工艺) ③ 预制预应力夹层板在构件厂生产，用长线台 座 即可。预制装配整体式预应力夹层板的现场施工 特点是：配置板缝钢筋和预应力筋之后，再浇 5 0 m m 混凝土叠合层 。对预制构件的拼缝 ，新技术放弃 了 国内外传统的对接和侧面板缝设计构造方案。它改 变 了条形板不能形成双 向受力，克服了几十年来 出 现拼接缝开裂、漏水⋯等老大难 问题，而改用专利 技术：“ 二次预应力装配整体式混凝土板 ”的拼缝 方案[ 9 l 0 ] ，见图 2的示意 图和图 1 4照片。 8 夹层板结构的荷载检测 在头两个试点工程中，作了现场结构的荷载检 测 ，证明了其设计和施工的质量均优越 ，符合国家 技术质量标准 。预制的构件和叠合楼板也作了荷载 检测 ，均符 合国家技术质量标准 。 8 ． 1华尊大厦的荷载检测 外加标准荷载 ( 用标准红砖作为均布荷载 3 ． 4 5 k N ／ m )和集中力 ( 在 4个区格板中心支脚手架 ， 再加标准红砖作为每点 5 c m5 c m小面积上加荷 5 k N 4= 2 0 k N )作用下，现场检测得跨度 8 ． 7 m7 ． 5 m 的夹层板中心点短期挠度= 1 ． 1 7 m m ；而且无裂缝 出 现 质量远远超过了国家标准 的最低限度值 ：短期挠 度≤ 1 1 6 0 0 = 1 2 ． 5 m m 。现场用标准砖加荷的情景见图 46 图 1 4二次预应力混凝土装配整体 式夹层板的施工 ( 检测柱网8 ． 7 mX 7 5 m ) ( 检测柱网7 ． 2 mX 7 ． 2 m ) 图 1 5 室 内标准层的预应力混凝土夹层板现场加荷试验的照片。 1 5( a )。 8 ． 2藏学研究中心留学生楼的荷载检测 标准荷载和集中力。标准荷载用沙袋作为均布 荷载，q = 3 ． 5 k N ／ m 2 。集中力是在4 个区格板中心，每 点5 c m5 c m小面积上同时加 3 k N 。照片中心用 4根 脚手杆抬高的沙袋是4 个集中力， 3 k N 4 ：1 2 k N 。 在 标准均布荷载作用下，现场检测得柱网 7 ． 2 m7 ． 2 m 藏学研究中心留学生楼是第二个试点工程， 对标准层 的楼板同时外加 了的夹层板中心点挠度 =2 ． 2 7 m r ~而 且无裂缝出现；质量也远远超过国家标准的最低限度 值：短期挠度≤ 1 1 6 0 0 = 1 2 m m 。 现场检测得结果表明了设计的结构性能和施工的 技术质量均优越 。现场加荷 的情景见 图 1 5 ( b) 。 8 ． 3预制夹层板的荷载检测 预应力夹层板施工阶段不加支撑 ，因此这种叠 合楼板结构分为两个受力阶段： 第一受力阶段 ， 指后浇的叠合层混凝土还没有强 度之前，荷载由夹层板来承担，夹层板按简支构件 计算 。试验对三块夹层板进行 了检测，实测结果与 计算结果基本吻合 。夹层板 的模拟施工荷载为 3． 5 k N ／ m 2( 叠合层 自重和施工荷载 ) 。试验结果表明 夹层板在施工受力阶段，截面不开裂，板仍处于弹性 工作范围， 实测跨中最大位移为1 2 m m 。 模拟施工荷载 试验 ，见图 l 6 ( a ) ；极限承载能力试验 ，见 图 l 6 ( b) 。夹层 板在施 工受力 阶段 的结构性 能符合要 求 。 第二受力阶段，指叠合层混凝土达到设计规定 的强度值二次施加预应力之后的阶段。 叠合板按整 体结构计算。 试验结果表明了二次预应力装配整体 式夹层板正常使用极限状态的结构性能与设计吻合较 维普资讯 2 0 0 7年 3月 第 4 卷 第 1 期 深圳土木与建筑 V O L _ 4 N o ． i M A R 2 0 0 7 ( a )模拟施工荷载 ( 6 )承载能力 图1 6单块预制板结构检测 ( 6 ) 承载能力荷载检测 图 1 7二次预应力装配整体式夹层板荷载检测 ( 最小足尺6 m6 m2 跨，装配整体式的叠合层张拉后) 好。板缝中施加的后张预应力大大提高 了夹层板整 体性能和 支座截面 的抗裂性 。足尺寸 的模 型试验 ， 见图 1 7 ，共进行了四种工况 ：1 ． 单 向装配整体式夹 层板正常使用极限状态试验 ；2 ． 双 向装配整体式夹 层板正常使用极限状态试验 ；3 ． 双跨均布荷载下装 配整体式夹层板承载能力极限状态试验 ；4 ． 活荷载 不利布置下装配整体式夹层板承载能力极限状试验 。 荷载加到标准值时楼板实测挠度：北跨 2 ． 4 m m ，南 跨2 ． 5 m m ，如考虑自重产生的挠度和预应力反拱，总 挠度为北跨 5 ． 4 m m ，南跨5 ． 5 m m 。均小于 [ a ]= l 3 ． 9 m m，满足规范要求。 ． 、 装配整体式夹层板开裂首先出现在板面， 实测开 裂荷载 4 ． 4 5 k N ／ m 2 ，稍高于理论开裂荷载 4 ． O k N ／ m 2 ； 板底预应力方向抗裂性大大高于非预应力方 向， 非预 应力方 向实测开裂荷载 5 ． 3 5 k N ／ m z 。然后进行了双跨 均布加载、 活荷载不利布置两种工况 的承载能力极限 状态试验， 结果表 明夹层板实测值的极限承载能力完 全符合设计要求[ 1 0 ] 。夹层板截面配筋可按现行 《 混 凝土结构设计规范》G B 5 O 0 l 0 — 2 0 0 2进行设 计。 ( 其承载能力的安全储备是很大的。 ) 当加载至极限荷 载时，即荷载最不利组合 的最大值达 2 4 ． 6 6 k N ／ m 2 ， 角钢 与钢梁 间的连接焊缝也未破坏 ，未 出现滑移 ， 角钢周 围的混凝土仅出现微裂缝 ，最大宽度 0 ． I m m 。 上述结果表明夹层板与钢梁 的连接是可靠的。而且 在两跨均布加载试验 中，沿板侧拼接处裂缝比夹层 板区格内裂缝出现得晚，随着荷载的增加，该处裂 缝无 明显发展 ；同时两跨的裂缝发展情况和裂缝宽 度基本一致。荷载不利组合试验中，在极限荷载情 况下；裂缝约 1 m m ，与板底 同方 向的裂缝 比较 ，开 裂荷载 、裂缝宽度均无显著差别。． 说明板侧拼缝处 连接构造 能够实现剪力和弯距 的传递，装配整体式 楼盖的受力性能符合双向受力 的特点，拼缝的连接 构造满足要求 ‘ 。这种构造可克服国内外传统的对接 拼缝和侧面板缝设计构造方案 的缺点，解 决了条形 板不能形成双向受力、出现拼接缝开裂、漏水等老 大难 问题 。 1 0、结论 ① 用轻型楼板中的预应力夹层板取代实心平板 的技术开发工作，已在各种楼盖结构体系中应用成 功了，试验和检测得结构性能和技术质量符合国家 标准的要求。夹层板白重轻、厚度薄、有隔音隔热 功 能 ，比常规的梁板和实心板的使用功能能有所 改善 卜I l 1 ] 。 ② 实践经验证明了采用预应力夹层板同普通钢 筋混凝土梁板与实心板相比[ 2 ] 、 [ 6 ] 、 I s ] 、 ⋯] ，其工程质 量和工期都不受影响 [ 8 反而造价还比常规结构和 其它轻型楼板便 宜[ 引、 [ 6 ] 、 [ 。 ⑨ 放弃了国内外传统的预制板对接和侧面板拼 缝设计构造方法； 首先在夹层板楼盖结构中用新方法 克服了预制条形板不能形成双向受力，出现拼接 缝开裂、漏水 ⋯ 等老大难 问题 [ 8 】 ~ [ 。 参考文献 [ 1 ] C E C S r 1 7 5 ：2 0 0 4 ，( 中国工程建设标准化 协会 标准 )现浇混凝 土空心楼盖结构技术规程，中国计划出版社 2 O O 5年 4月 [ 2 ] 中华人 民共和国建设部 2 0 0 4年 1 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